학문
식물의 광합성과 호흡 과정에서 밤낮에 따른 기체 교환의 차이가 궁금합니다.
안녕하세요.
보통 식물은 낮에 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 내뱉는다고 알고 있습니다. 그런데 밤에는 광합성을 멈추고 산소를 흡수하는 '호흡'만 한다고 들었습니다.그렇다면 실제로 밤에 식물과 한 공간에 있으면 산소가 부족해지는 등의 영향이 있는지, 그리고 광합성과 호흡의 양적 차이는 어느 정도인지 궁금합니다.
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식물은 낮에는 빛을 이용해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출하는 광합성과 산소를 흡수하고 이산화탄소를 내뱉는 호흡을 동시에 수행하지만 광합성량이 호흡량보다 압도적으로 많아 겉으로는 산소를 배출하는 것처럼 보이며, 밤에는 광합성이 중단되어 산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출하는 호흡 과정만 일어납니다. 좁고 밀폐된 방 안에 식물이 몇 개 있다고 해서 인간이 생존에 위협을 느낄 정도로 산소가 부족해지는 현상은 발생하지 않는데 이는 식물의 야간 호흡으로 소비되는 산소량이 인간 한 명의 호흡량이나 대기 중 전체 산소 비중에 비해 극히 미미한 수준이기 때문입니다. 일반적인 성장기 식물은 하루 전체를 기준으로 볼 때 호흡으로 소비하는 산소보다 광합성으로 생산하는 산소의 양이 훨씬 많으므로 결과적으로는 실내 공기 정화와 산소 공급에 기여하는 구조를 갖추고 있습니다.
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채택된 답변안녕하세요. 김민구 전문가입니다.
아시는 것과 같이 낮에는 광합성과 호흡이 동시에 일어나요. 광합성이 훨씬 강력해서 호흡으로 소비하는 산소보다 훨씬 많은 산소를 생산해요. 그래서 낮에는 전체적으로 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출하는 것처럼 보이는 거예요.
밤에는 광합성이 멈추고 호흡만 해요. 산소를 소비하고 이산화탄소를 내뿜어요. 이건 사실이에요.
그렇다고 밤에 식물과 같은 방에 있다고 위험한건 전혀 아니에요. 식물의 호흡량이 사람과 비교해서 극히 적어요. 화분 식물 수십 개를 밀폐 공간에 두지 않는 한 산소 농도에 의미 있는 영향을 줄 수 없어요. 사람 한 명의 호흡이 화분 식물 수백 개보다 산소 소비가 훨씬 많아요. 침실에 식물을 두면 안 된다는 말은 과학적으로 근거가 없죠.
광합성과 호흡의 양적 차이룰 비교하면, 낮 동안 광합성이 생산하는 산소는 같은 시간 호흡이 소비하는 산소의 약 10~20배예요. 그래서 식물이 하루를 통틀어 보면 이산화탄소를 흡수하고 산소를 순생산하는 결과가 나오는 거예요.
재밌는 예외도 있어요. 선인장이나 다육식물은 CAM 광합성이라는 특수한 방식을 써요. 낮에 기공을 닫고 밤에 열어서 이산화탄소를 흡수해요. 그래서 이 식물들은 밤에 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출해서 침실용으로 더 적합하다고들 하죠.
감사합니다.
말씀하신 것처럼 식물이 밤에 산소를 흡수하는 것은 맞지만, 그 양이 매우 적어 사람의 건강에 영향을 미칠 수준은 아닙니다. 아주 작은 반려동물 1마리의 호흡량보다도 훨씬 적은 양입니다.
성인 한 명의 호흡량과 비교하면 화분 몇 개가 소모하는 산소는 극히 미량이라서, 오히려 낮 동안 광합성으로 배출하는 산소량이 호흡량보다 10~20배나 더 많습니다. 그렇기 때문에 전체적인 산소 수급으로 보면 식물은 실내 공기를 풍성하게 만드는 역할을 합니다.
혹시라도 밤 시간대 산소 수치가 걱정된다면 밤에 이산화탄소를 흡수하고 산소를 내뱉는 산세베리아나 스투키, 또는 선인장류의 CAM 식물을 침실에 두는 것도 괜찮은 선택입니다.
결론적으로 좁고 밀폐된 방에 수백 개의 화분을 채워 넣지 않는 한, 식물과 함께 자는 것으로 인해 산소가 부족해질 일은 없으니 안심하셔도 됩니다.
반갑습니다, 질문자님. 이중철 전문가입니다.
좋은 질문을 주셨네요.
먼저, 전문가로서 말씀드리면, "일반적인 실내 환경에서 밤에 식물을 한 방에 두었다고 해서 인간에게 의미 있는 수준의 산소 부족이 생길 정도가 아니다."입니다.
그리고 '식물의 기체 교환'은 빛의 존재 여부에 따라 그 흐름이 완전히 뒤바뀌는 정교한 생화학적 반응입니다.
1. 낮과 밤의 기체 교환 차이
1) 낮: 광합성 + 호흡이 동시에 일어납니다.
광합성량이 호흡량보다 크기 때문에,
→ 넷(net) 이산화탄소 흡수, 산소 방출이라는 결과가 나타납니다.
쉽게 말해, 식물 전체로 보면 '공기 중 CO₂ 줄이기 + 산소 공급' 효과가 있습니다.
2) 밤: 빛이 없기 때문에 광합성은 거의 또는 완전히 멈추고, 호흡만 남습니다.
이때는
→ 산소를 소비하고, 이산화탄소를 내보내는 방향으로 기체 교환이 일어납니다.
2. 호흡량과 광합성량의 양적 차이는 어느 정도인가?
- 정확한 수치는 꽃·잎·뿌리 비율, 종(씨앗 vs 다육식물 등), 온도, 수분 상태 등에 따라 달라지지만, 일반적인 식물 조직을 기준으로 다음과 같은 수준을 참고할 수 있습니다.
약 1 g의 식물 조직이 하루에 소비하는 산소량은 대략 0.35 L 수준이라는 연구 보고가 있습니다.
한 화분 식물 전체의 '건조중량'이 100 g 정도라면, 하루 총 산소 소비는 약 35 L 정도입니다.
이는 1인의 하루호흡 산소 소비량(약 550 L 이상)에 비하면 매우 작은 수준입니다.
- 반대로 광합성은 낮 동안 같은 식물이 훨씬 더 많은 양의 산소를 생산합니다. 광합성이 호흡을 두세 배 이상 상회하는 수준으로 보는 것이 일반적입니다.
즉, 하루 전체를 보면 식물은 순전히 산소를 소비하는 존재가 아니라, 순산소 생산자입니다.
밤에 산소를 소비해도, 그 양은 사람이나 반려동물의 호흡량에 비해 미미하지요..
3. 실내 산소 농도에 미치는 영향
밤에 식물과 한 공간에 있으면 산소가 부족해질까 걱정하시는 경우가 많지만, 이는 생물학적 규모를 고려할 때 기우에 가깝습니다.
식물 한 개체가 밤새 소비하는 산소량은 사람 한 명이 한두 번 호흡하는 양보다도 적을 만큼 미미하기 때문입니다.
오히려 식물은 증산 작용을 통해 실내 습도를 조절하고 유해 물질을 흡수하는 긍정적인 역할을 수행하므로, 침실에 식물이 있다고 해서 건강에 해로운 영향이 나타나지는 않는답니다.
4. 광합성과 호흡의 양적 효율성
일반적인 환경에서 식물은 낮 동안 광합성을 통해 생산하는 산소량이 밤에 호흡으로 소모하는 양의 약 10배에서 20배에 달합니다.
즉, 식물은 전체 생애 주기를 통해 자신이 쓰는 것보다 훨씬 많은 양의 산소를 지구 생태계에 공급하는 셈이지요.
이러한 양적 차이 덕분에 우리가 숨 쉴 수 있는 대기 환경이 유지될 수 있는 거랍니다.
정리하자면,
식물의 밤중 호흡은 생명 유지를 위한 최소한의 활동이며, 인간의 생활 환경에 산소 결핍을 일으킬 정도의 물리적 영향력은 없다고 이해하시면 충분합니다.